入湖/庫(kù)污染河流是湖泊/水庫(kù)污染物的重要來(lái)源，在點(diǎn)源污染得到控制后，農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源污染成為加速湖泊/水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程的一個(gè)主要原因。河流系統(tǒng)是非點(diǎn)源污染物的主要運(yùn)移通道，大部分污染物通過(guò)河流進(jìn)入湖泊/水庫(kù)，因此，污染河水的處理已經(jīng)成為世人關(guān)注的焦點(diǎn)。

河道滯留塘技術(shù)是直接在河床上建堰攔水，通過(guò)重力沉降、植物吸收和微生物降解等作用對(duì)水質(zhì)進(jìn)行凈化。在污染河流治理技術(shù)中，河道滯留塘、人工濕地等生物/生態(tài)技術(shù)具有成本低、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、能持續(xù)發(fā)揮水質(zhì)凈化作用等優(yōu)點(diǎn)，因此該技術(shù)成為污染河水處理的優(yōu)選技術(shù)。目前，河道滯留塘技術(shù)、人工濕地工藝已經(jīng)開(kāi)始被應(yīng)用于流域規(guī)模的污染河水處理中，但是，把這兩種技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，在河道上建設(shè)一個(gè)復(fù)合濕地系統(tǒng)，用于意在保護(hù)水源地水質(zhì)的山區(qū)污染河流治理中，在國(guó)內(nèi)外還少見(jiàn)應(yīng)用報(bào)道。為此，筆者開(kāi)發(fā)了梯級(jí)滯留塘/人工濕地組合工藝，并進(jìn)行了工程示范，對(duì)其脫氮除磷效果進(jìn)行了研究。

1 工程概況

都拉小河位于貴陽(yáng)某水源地上游，河水來(lái)自地下水，沿途匯集集鎮(zhèn)2 000 余人的生活污水 和農(nóng)田排水，該集鎮(zhèn)處河段地勢(shì)平坦，水體流動(dòng)性差，部分季節(jié)會(huì)出現(xiàn)惡臭現(xiàn)象，河道淤泥厚度在1 m以上，氮、磷含量高，總體上屬于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002 ) 的劣V 類(lèi)水體，COD為6～83mg /L，NH4+-N為0．43～4．94 mg /L，TN為4．28～11．52 mg /L，TP為0．19～1．53 mg /L，pH 值為7．4～8．5，DO為0．9～6．1 mg /L。

2 處理工藝

2. 1 處理工藝選擇

貴州是一個(gè)海拔較高、緯度較低、喀斯特地貌典型發(fā)育的山區(qū)，河流、溝渠落差大，并且是亞熱帶濕潤(rùn)溫和型氣候，這為采用生物/生態(tài)技術(shù)治理污染河流提供了保障。根據(jù)貴州農(nóng)村人口的文化素質(zhì)和經(jīng)濟(jì)水平，采用的工藝應(yīng)簡(jiǎn)單易懂、操作維護(hù)方便、成本低、能耗低、效率高。山區(qū)河流天然的落差大，具有建設(shè)梯級(jí)滯留塘的優(yōu)勢(shì)。另外，該河流直接進(jìn)入水源保護(hù)區(qū)，為保障出水水質(zhì)，采用人工濕地進(jìn)行強(qiáng)化處理。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)物理沉降、自然曝氣、微生物、水生植物、水生動(dòng)物和基質(zhì)的有機(jī)結(jié)合，共同構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的濕地系統(tǒng)，較大程度地增加工程生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性，從而使整個(gè)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗污染負(fù)荷沖擊能力。該組合工藝由2 級(jí)滯留塘系統(tǒng)、1 個(gè)跌水曝氣和1 個(gè)滾水壩曝氣系統(tǒng)、3級(jí)潛流碎石床濕地系統(tǒng)組成(見(jiàn)圖1) 。

2. 2 工藝特點(diǎn)

①根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦温洳畲蟮奶攸c(diǎn)，利用河道進(jìn)行跌水曝氣、滾水壩曝氣，無(wú)需額外動(dòng)力。

②通過(guò)工藝和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，集成了滯留塘和人工濕地的優(yōu)勢(shì); 滯留塘串聯(lián)延長(zhǎng)了水力停留時(shí)間，可充分發(fā)揮其物理沉降和厭氧消化功能，攔截大部分漂浮雜物及懸浮物，防止?jié)竦囟氯�。③在滯留塘�?nèi)種植各種水生植物，不僅可以直接利用氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及補(bǔ)充氧氣、美化環(huán)境，而且還為微生物提供附著載體，提高了凈化效率; 另外，滯留塘內(nèi)還可以放養(yǎng)魚(yú)類(lèi)，為農(nóng)民增收。

④人工濕地為潛流濕地，從下向上依次填充大小不一的碎石和細(xì)沙，這種結(jié)構(gòu)有利于微生物的附著和防止堵塞; 濕地種植美人蕉、菖蒲、高羊茅和石菖蒲，美人蕉和菖蒲的生物量大，凈化功能強(qiáng)，但不能越冬，而高羊茅和石菖蒲雖然生物量相對(duì)較小，但四季常綠，這種搭配消除了濕地冬季凈化效果不明顯和景觀(guān)差的弊端。

⑤不投放藥劑，無(wú)二次污染; 管理運(yùn)行簡(jiǎn)便，無(wú)需專(zhuān)人管理和運(yùn)行經(jīng)費(fèi)，這是貧困地區(qū)農(nóng)村污水處理系統(tǒng)良好運(yùn)行的保證; 處理效果穩(wěn)定可靠，出水灌溉可以緩解農(nóng)村用水緊張。

3 工藝設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)分為5 個(gè)梯級(jí)單元。第1 單元為河道植物帶滯留塘，長(zhǎng)約為150 m，寬為20～30 m不等(受地形限制) ，壩高為1～2 m(兩岸淺，河中央深) ，泄水孔在1 m高度處，直徑為0．3 m，以滿(mǎn)足河道對(duì)生態(tài)用水和景觀(guān)用水的需要。河道中央種植金魚(yú)藻、狐尾藻等沉水植物，岸帶有喜旱蓮子草、李氏禾和藨草等，發(fā)揮河道植物帶的水質(zhì)凈化功能。另外，此單元攔截大量的漂浮物和泥沙，便于清淤。

第2 單元為跌水曝氣系統(tǒng)，長(zhǎng)約為70 m，寬為4～15 m，落差約為5 m。通過(guò)在河道中放置各種石塊，使之擋水回旋和濺起水花實(shí)現(xiàn)自然復(fù)氧。跌水曝氣可增強(qiáng)水質(zhì)凈化效果。

第3 單元為漂浮植物滯留塘，長(zhǎng)約為90 m，寬約為60 m，水深為3～6 m，滾水壩溢水。水面種植喜旱蓮子草和水芹菜，覆蓋度約為40%，吸收水體中的氮、磷，同時(shí)為微生物掛膜提供載體; 該單元主要起到緩沖、延長(zhǎng)水力停留時(shí)間、厭氧消化、促進(jìn)顆粒物沉降的作用，可以減輕后續(xù)單元的污染負(fù)荷。

第4 單元為斜面式滾水壩曝氣系統(tǒng)，利用滯留塘水壩，在出水面利用石塊建成斜面式溢流堰，坡度為75°。其作用是增加水體的溶解氧含量，提高水體的自?xún)裟芰ΑＲ缌餮叱鏊�部分進(jìn)入人工濕地，多余部分沿河道流出。滾水壩也具有一定的水質(zhì)凈化能力。

第5 單元為潛流碎石床濕地，由三級(jí)串聯(lián)，面積分別為394、444、448 m2，處理規(guī)模為500 m3 /d。濕地間由過(guò)水堰隔開(kāi)，水流經(jīng)過(guò)水堰進(jìn)入下一級(jí)濕地;濕地種植美人蕉、菖蒲、石菖蒲和高羊茅，根據(jù)植物習(xí)性進(jìn)行配置，種植密度為10 株/m2。

4 凈化效果

4. 1 梯級(jí)滯留塘的凈化效果

工程建成、植物群落恢復(fù)穩(wěn)定后，在進(jìn)水、一級(jí)塘出水和二級(jí)塘滾水壩出水處設(shè)采樣點(diǎn)，于12 月至翌年7 月每月監(jiān)測(cè)1 次(2 月因故未監(jiān)測(cè)) ，從7 次的監(jiān)測(cè)結(jié)果均值(見(jiàn)表1) 來(lái)看，梯級(jí)滯留塘對(duì)總磷、總氮、氨氮的平均去除率分別為72．73%、40．24%和63．14%。對(duì)磷的去除主要是通過(guò)物理沉降來(lái)實(shí)現(xiàn)，植物凈化也有一定的作用，采用梯級(jí)滯留塘延長(zhǎng)了水的停留時(shí)間，提高了磷的凈化效果; 對(duì)氮的去除主要是通過(guò)微生物的硝化、反硝化作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，在滯留塘系統(tǒng)中種植植物為微生物的附著提供了載體，強(qiáng)化了氮的去除效果; 另外，系統(tǒng)中的硝態(tài)氮和亞硝氮濃度呈逐級(jí)增加的趨勢(shì)，說(shuō)明滯留塘系統(tǒng)中發(fā)生著強(qiáng)烈的硝化作用。

  從表1 還可以看出，一級(jí)植物帶滯留塘(水深＜ 1 m) 的脫氮除磷效果要顯著優(yōu)于二級(jí)滯留塘(水深為3～6 m) ，這可能是一級(jí)滯留塘中植物帶的作用，可見(jiàn)，河道滯留塘水深以適宜植物的生長(zhǎng)為宜，不宜過(guò)深; 另外，一級(jí)河道植物帶滯留塘出水COD濃度升高，可能與一級(jí)塘植物死亡分解有關(guān)，因此，在冬季植物枯萎時(shí)有必要及時(shí)收割，以保障運(yùn)行效果。監(jiān)測(cè)期間水溫為16．8 ℃，pH 值平均為8．0，出水NH3-N、TP和COD濃度分別達(dá)到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002) 的Ⅳ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)�？梢�(jiàn)，對(duì)于僅受農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源污染的低濃度污染河流，通過(guò)滯留塘系統(tǒng)能夠有效改善水質(zhì)。

4. 2 潛流碎石床濕地的凈化效果

潛流碎石床濕地的脫氮除磷效果見(jiàn)表2。與梯級(jí)滯留塘一樣，潛流碎石床濕地的除污效果優(yōu)劣順序也是總磷＞氨氮＞總氮，對(duì)三者的去除率分別為78．57%、73．08%、43．27%。潛流人工濕地對(duì)TP 的去除主要是通過(guò)吸附和沉積作用完成的。多級(jí)濕地串聯(lián)延長(zhǎng)了污水在濕地系統(tǒng)中的停留時(shí)間，大大提高了水質(zhì)凈化率，濕地出水水質(zhì)較好，總磷和氨氮濃度達(dá)到了GB 3838—2002 的Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。

4. 3 滯留塘與潛流碎石床濕地運(yùn)行管理的比較

滯留塘與潛流碎石床濕地對(duì)輕污染河水的凈化效果都非常顯著，但是在一年多的運(yùn)行過(guò)程中，潛流碎石床濕地受到村民的破壞較為嚴(yán)重，維護(hù)成本增加，而且在雨季，由于濕地的處理能力有限，較多的污水不能進(jìn)入濕地系統(tǒng)處理; 而滯留塘基本沒(méi)有進(jìn)行維護(hù)。鑒于貴州當(dāng)前農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀和人們的環(huán)保意識(shí)，選擇滯留塘系統(tǒng)處理輕污染河水是非常適合的。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

5 結(jié)論

①梯級(jí)滯留塘對(duì)總磷、總氮、氨氮的去除率分別為72．73%、40．24% 和63．14%，去除效果良好。滯留塘系統(tǒng)管理粗放，建設(shè)成本低，基本不需運(yùn)行費(fèi)用，是貴州山區(qū)污染河流治理工藝的理想選擇。恢復(fù)河道植物帶可以提高滯留塘系統(tǒng)的凈化效果，但在冬季植物枯萎時(shí)要及時(shí)收割，以免形成二次污染。

②潛流碎石床濕地對(duì)低濃度的氮、磷有較高的凈化效果，對(duì)總磷、總氮、氨氮的去除率分別為78．57%、43．27% 和73．08%。多級(jí)潛流碎石床濕地串聯(lián)能夠提高水質(zhì)凈化效果。

③梯級(jí)滯留塘與潛流碎石床濕地組合工藝的水質(zhì)凈化作用明顯，能夠滿(mǎn)足水源地水質(zhì)保護(hù)的要求。與潛流碎石床濕地相比，滯留塘系統(tǒng)更適合山區(qū)污染河流的治理。